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《中国科学家阐述场景导向型纳米农药的重要发展思路》

  • 来源专题：农业生物安全
  • 编译者： 李周晶
  • 发布时间：2024-09-02

  •         2020年8月20日，中国农业科学院植物保护研究所农药分子靶标与绿色农药创制创新团队在农业化学领域专业期刊Advanced Agrochem上在线发表了题为《Scenario-oriented nanopesticides: Shaping nanopesticides for future agriculture》的综述文章。该论文分析了当前纳米农药的发展现状，进而提出开发场景导向型纳米农药的科学观点，旨在为未来的纳米农药研究提供可持续的创新发展思路。

          近年来，纳米技术不断为农业生产和植物保护领域的技术创新提供动力。其中，纳米农药相较于传统农药具有更加优异的理化特性及应用前景。但如果只关注纳米农药的性能提升而忽视具体应用场景，可能阻碍其持续发展和规模化应用。

          考虑到农业生产的多样性和复杂性，农药的应用场景和施用方式也应是多样化的。因此，针对不同应用场景针对性剂型设计与量身定制的纳米农药开发策略，即“场景导向型纳米农药”更加符合现代农业的发展趋势。本文强调了在未来纳米农药开发中应优先考虑实际农药应用的典型场景（茎叶喷施、土壤/根部施药、水面施药、种子包衣、树干注射、空间熏蒸、趋避/引诱、卫生消杀、含药农膜等）（图1），并根据不同应用场景的特点进行针对性剂型设计，以提高纳米农药产品的可持续发展潜力和资源利用效率。

  • 原文来源：https://ipp.caas.cn/kyjz/c8a6471671f840f79a99c63fd54f8cb4.htm
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相关报告

  • 《科学认识纳米农药》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2021-05-13
    • 一个新事物的出现，总是伴随着诸多质疑和误解，纳米农药也没逃过这一命运。这一本世纪随着纳米材料和纳米药物的应用而提出的概念，人们对它的了解还远远不够。近日，记者采访了中国农业科学院植物保护研究所研究员黄啟良，试图揭开纳米农药的神秘面纱。 纳米农药的前世今生 近年来，人们对纳米农药的讨论比较火热。可让人意想不到的是，目前业界对它还没有一个权威的定义，因此尚没有真正意义上的纳米农药获得登记。黄啟良在参考了众多权威文献后认为，纳米农药是指基于一定的有害生物防控场景，通过功能材料与纳米技术，使农药有效成分在制剂和使用分散体系中，以纳米尺度分散状态稳定存在。并在使用时能发挥出区别于原剂型应用性能的农药制剂。 黄啟良又进一步解释了四个关键要素：“防控场景”是指有目的的定向设计；“功能材料与纳米技术”指的是明确的科学原理与技术途径；“纳米尺度分散”是指它具有区别于传统制剂的分散性能；而“区别于原剂型的应用性能”则强调能形成农药产品升级与有效替代。 它的诞生则可以追溯到上世纪九十年代农药微乳剂登记产品的出现。从分散尺度上讲，它属于纳米农药的一种类型，主要靠表面活性剂的增溶作用，使不溶于水的农药在水中自发形成微乳液。“或许我们从应用角度也能理解它的来历。”黄啟良说，近年来，适用于植保无人飞机的低容量喷雾技术快速发展，因需同时防治多种靶标病虫，作业过程中要多种农药同时混合喷施，传统的农药产品使用时存在桶混配伍性及药液稳定性问题。从而促进了基于用户需求的以南京善思公司为代表的纳米农药的研发和应用。 纳米农药性能 “纳米农药具有传统农药剂型所不具备的小尺度效应及控制释放性能等，可以提高农药有效性及利用率，符合我国农药减施增效及零增长的战略需求。”黄啟良十分看好它的发展前景，“而且在使用技术方面，它具有传统农药剂型所不具备的精简化及高效率等应用性能，可满足适用于植保无人飞机等的低容量喷雾对农药剂型的特殊要求。从而降低植保作业强度，提高作业效率。” 不仅如此，它还具有广阔的适用性。“纳米乳剂、纳米悬浮剂及纳米分散剂，均可适用于植保无人飞机等低容量喷雾。”黄啟良补充说，通过纳米技术和控释技术制备的缓释颗粒剂，可结合农艺模式，进行药种同播、药肥同施、精量撒施等根部隐蔽控释给药。也可在生长期根据病虫防治需要精量定点撒施，从而共同构建以作物健康为中心的解决方案，或以有害生物全程协同防控为目标的技术体系。 农民使用纳米农药的成本如何呢？“它在加工成本上可能会高于传统农药，但它在专业化防治中具有传统剂型所不具备的性能，可提高农药利用率和减少施药次数。从基于作物全生育期的有害生物整体防控效果而言，其实是省钱的。”黄啟良告诉记者，在病虫害防控上，发展专业化的防治组织，可以从一家一户“小米加步枪”的单打独斗，变为统一实施“飞机加大炮”的集团作战，从而高效解决防控措施“下田落地”的问题。而纳米农药的“统配统施”就是“飞机加大炮”集团作战的最好解决方案，因此是值得进行规模化生产的。“但当前还存在登记问题，和专业化防治队伍如何根据生产实际需求，进行纳米农药从定制加工到田间‘统配统施’的快捷服务。”黄啟良认为，还应加强纳米农药的源头规范和管理，严格使用过程中的典型场景应用管理，加大政策引导与扶持。 纳米农药研究与应用 当前，纳米农药的研究主要集中在它的形成与稳定机制、对靶传输的过程行为及对有害生物的有效性等方面。“令人骄傲的是，目前我国纳米农药的研究水平与世界发达国家基本一致。”黄啟良说，我国纳米农药在植保无人飞机应用技术与产品性能方面还处于世界领先水平。 通过研究，目前基本明确了纳米农药的小尺度效应。“但这种效应是把双刃剑。”黄啟良指出，一方面，它具有使药液更加稳定等优势，但同样也可能会改变传统农药剂型中有效成分，在靶标植物体内的分布规律及剂量效应，在提高农药有效性的同时，也可能带来安全风险。“现有的方法已经不适用或者不能正确评价纳米农药的安全风险，需要研究建立相应的评价方法与标准规范，这是目前纳米农药研究领域亟须解决的问题，也是研究的难点。”黄啟良坦言。 “这就牵涉到大众普遍关心的纳米农药残留和食品安全问题。”黄啟良说，我们确实需要加快建立新的纳米农药安全风险的评价方法与标准规范，这也是一项新技术发展初期所存在的局限。但纳米农药在正确使用条件下，理论上不会出现新的农药残留和食品安全风险问题。 此外，具有纳米分散尺度的纳米乳剂、纳米悬浮剂等水基化剂型，在航空植保上表现出比传统油剂或超低容量液剂更高的安全性和有效性，被使用者称为“航空植保专用纳米农药”。“但实际上，这些纳米农药并不仅仅适合航空植保，同样也适合常量喷雾，航空植保仅仅是农药低容量喷雾的一种方式。”黄啟良说。
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  • 《我国生物农药的发展与展望》
    • 来源专题：农业立体污染防治
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2019-11-27
    • 引 言 生物农药在保障农业丰产增收，维护生态和谐，满足食品安全需求等方面均具有重要的作用与意义。当下农业绿色发展已成为主旋律，在国家农药化肥“双减”及“零”增长的背景下，生物农药掀起了“绿色风暴”，发展生物农药是环境的需要，是时代的需要，更是全球农药产业发展的趋势。 生物农药的概念及分类 生物农药是指利用生物活体（真菌、细菌、昆虫病毒、转基因生物、天敌等）或其代谢产物（信息素、生长素、萘乙酸、2，4-D等）及植物提取物等，针对农业有害生物进行杀灭或抑制的制剂。在中国，传统的生物农药仅指微生物农药。随着科学技术的快速发展，对生物农药的概念和类别的探讨也引起了广泛的关注。张兴等于2002年系统地给出了生物农药的概念、分类及特点，并得到了业界的认可。生物农药，是指可用来防除病、虫、草等有害生物的生物体本身及源于生物，并可作为“农药”的各种生理活性物质。在2017年11月施行的《农药登记资料要求》中，虽然没有明确生物农药的定义，但按照来源将农药分为化学农药、生物化学农药、微生物农药、植物源农药，其中微生物代谢物（农用抗生素）在登记方面要求等同于化学农药，不过一直没有明确的定义。此前一般认为生物农药包含后3类，即生物化学农药、微生物农药（含农药抗生素）和植物源农药。但是需要特别注意的是，今年8月农业农村部在十三届全国人大会议的答复中明确指出，生物农药主要包括生物化学农药、微生物农药和植物源农药，农用抗生素不包括在内。 至此，农用抗生素从生物农药中彻底除名。 在美国，生物农药是指来源于动植物，细菌，矿物质等天然材料或与天然来源结构相似，功能相同的农药，包括：生物化学农药（天然产生的），微生物农药，植物嵌入式保护剂。 生物农药的特点 关于生物农药的特点，也有多位学者进行了探讨和分析。目前，较为一致的观点是：专一性强，活性高；对环境安全；不易产生抗药性；对非靶标生物相对安全；开发利用途径多；作用机理不同于常规农药；种类繁多，研发的选择余地大。当然，还表现出作用速度较慢，开发及使用成本较高等特点。 生物农药产业化现状 全国生物农药生产企业200多家，生物农药产量14万吨，约占全国农药生产企业的6.7%，年产值约216.27亿元，占整个农药总产值的8%左右。某些明星产品如井冈霉素、赤霉素、阿维菌素、Bt四个品种的年产值均超过1亿元，且中国是井冈霉素、赤霉素和阿维菌素的最大生产国。苦参碱、阿泰灵、壳寡糖和芸苔素内酯等产品发展迅猛，市场份额逐年扩大。印楝素、鱼藤酮、白僵菌、绿僵菌、木霉菌等推广应用效果良好。害虫天敌的生产与利用技术达国际领先水平，例如赤眼蜂的年繁蜂量100亿头左右，应用面积133.3万hm2以上，是全球应用面积最大的国家。 我国生物农药登记情况汇总 （截止到2019年3月底） 01生物化学农药 共17余种有效成分，432个登记，涉及到218个生产企业。 主要有：乙烯利、赤霉酸、氨基寡糖素、吲哚乙酸、S-诱抗素等。登记数量最多的产品是乙烯利、赤霉酸和氨基寡糖素三大类，占了总数的58%。厂家主要是安邦电化(乙烯利系列)；海南正业中农(氨基寡糖素系列复配为主)；钱江生化、江苏丰源、江西新瑞丰、三浦百草等(赤霉酸系列);云南云大(芸苔素内酯系列)等等。 02 微生物农药 共22种有效成分，468个登记，205个生产企业。 主要有：苏云金杆菌、枯草芽孢杄菌、蜡质芽孢杄菌、棉铃虫核型多角体病毒、球孢白僵菌、木霉菌、斜纹夜蛾核型多角体病毒等。登记数量最多的前三大产品是苏云金杆菌、枯草芽孢杄菌和蜡质芽孢杄菌三大类，占了总数的73%。厂家主要是武汉科诺、武汉楚强、湖北康欣、江西天人、浦城绿安等等。 03 植物源农药 共11种有效成分，192个登记，涉及到124个生产企业。 主要有：烟碱、苦参碱、小檗碱、印楝素、鱼藤酮、藜芦碱、柠檬烯、芸苔素内酯、樟脑、除虫菊素、蛇床子素、苦皮藤素、桉油精、八角茴香油、大黄素甲醚、狼毒素、雷公藤甲素、香芹酚、大蒜素、右旋樟脑、莪术醇、补骨脂种子提取物、银杏果提取物、博落回提取物、甾烯醇、萜烯醇等。登记数量最多的前三大产品是苦参碱、鱼藤酮和印楝素三大类产品，占了总数的84%(苦参碱类产品就占了一半以上，57%)。厂家主要是成都新朝阳、清源保、广东园田、三浦百草、内蒙帅旗等。 前景与展望 尽管生物农药发展极为迅速，然而在其研发、应用及管理中均存在一些问题：新材料、低成本材料严重不足，导致生物农药新产品种类少，且成本高；活性测定、效果评判及产品质量标准尚不够严谨，限制了新产品研发速度；在产业化及应用中，工艺较为复杂或产率低、生产周期长、剂型不够丰富、施药技术落后、成本较高等问题限制了生物农药新产品的产量及推广应用；相关法律的缺失、政策保障缺乏以及知识产权的侵权等是生物农药管理中存在的严重问题。 针对上述问题，我们认为生物农药重点研发方向有如下几个方面： 01 活性生物资源的筛选 活性生物资源的筛选是生物农药新品种创制的重要源头，也是活性化合物新结构类型变化的重要来源，坚持从不同的环境中筛选活性微生物菌株和植物资源将为生物农药新产品的持续开发奠定坚实的基础。 02 生物农药新品种的创制与产业化 根据中国的资源优势，有针对性的开展生物农药新产品创制与转化，并通过工程化配套，生产出具有市场竞争力的生物农药新产品，为粮食安全生产和食品安全保驾护航。 03 基因挖掘 高毒力、高产、高稳定性工程菌株选育与构建及毒力(素)基因挖掘。 04 生物农药活性物质生物合成途径及生物反应器 由于植物源农药资源的有限性极大的限制了其应用与发展，生物合成技术在解决植物资源大规模生产上有广阔的应用前景。细胞培养、发状根培养及基因工程技术的发展，必将在植物源农药的研究开发和应用中发挥决定性的作用，与此相匹配的生物反应器研究为其产业化和规模化生产提供有效途径。 05 天然产物挥发物的研发与利用 利用精油类化合物易挥发、环境相容性好、易降解、毒性低、害虫不易产生抗性等优点，研制和开发符合人们对无公害化的纯天然源产品。 06 微生物组技术研究与应用 微生物组技术（土壤改良剂、种衣剂、杀线剂等）在种植业中可以降解农药、种子包衣、土壤酸化、盐碱化修复、土壤病虫害防治与保护农作物免受有害生物为害，将逐渐凸显其不可替代的作用。 07 生物农药的作物全程防控技术集成与应用 以生物农药为主的作物有害生物全程防控技术集成与应用。针对特定作物上可能发生的病、虫、草等制定出系统的防治方案，建立与应用以作物为主的全程病虫害生物农药防控技术体系，有效减少化学农药和化肥等投入品的使用，进而提升特色经济作物品质。 08 生物农药新剂型专用植保器械装备的应用研究 生物农药新剂型的研发应当遵循生物农药的特点，以安全、水基、控缓释、精准等为主，且应满足无人机施药的技术要求。植保无人机载液量较小，多采用低量喷洒技术，用水量少甚至可不用水，航空施药高度相对较低，飘移少，可空中悬停，与GPS系统配合，因此生物农药新剂型的研发应与上述特点相一致。 09 生物农药残渣综合利用及药肥水一体化研究 采用堆肥等方法处理生物农药残渣，并添加合适的微生物菌株，堆制出可防治多种植物病害的多功效有机药肥，以解决资源的循环利用。同时，将废物综合利用、农业措施与生物防治有机地结合起来，形成防治地下病虫害的一个新途径。 市场前景 随着中国“农产品安全和环境安全”战略需求的稳步推进，IPP理论（综合性农业生产与保护）也将越来越受到重视，而作为农业生产的重要投入品生物农药在IPP理论的实践中占有非常重要的地位，在解决上述生物农药产业发展关键瓶颈和重大发展难题的基础上，生物农药产业必将迎来新的发展机会，更应有其广阔的发展和使用的市场空间。
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